超声波流量测量系统关键技术的研究与实现

超声波流量测量系统关键技术的研究与实现

一、超声波流量测量系统的关键技术研究与实现(论文文献综述)

白永鑫[1](2021)在《分层采油流量调节与控制方法研究》文中提出油田开采进入二、三次采油阶段后,层间矛盾突出,产层含水上升,水来源不明堵水困难,合采不能充分动用油层的可采储量,无法提高采收率。因此准确地摸清某一开采区块监控井的含水、单层产量等参数是油田目前实行分层采油的首要工作。通过对各层流量的调控,可提高采收率。论文结合井下油水混合流体的特点以及工作环境,采用超声波时差法测量分层采油中的流量参数。由于井下影响超声波流量测量精度的因素复杂,本文主要研究井下环境温度和传感器工作频率对测量精度的影响情况。首先通过COMSOL软件对不同频率下发射超声波在不同油水比介质中传播衰减特性进行了模拟分析,为选取最佳工作频率值提供必要参考。其次分析工作环境温度变化引起流量测量误差的原因,为后续数字信号处理补偿提供理论依据。结合流量调节理论知识,对调节系统中的水嘴形状、控制阀结构以及控制方法进行了分析。根据井下条件及流体特性,设计了一套有效的流量调节结构,采用PID控制技术对电机进行控制,以提高电机的响应速度和水嘴的控制效率,最终实现流量实时调节的目的。利用室内模拟系统对设计的井下流量测量调节系统进行了试验分析。首先对测量调节系统做耐温耐压试验,其性能满足设计要求;其次对流量测量与流量调节效果进行试验。根据试验数据可知,流量测量误差不超过5%、流量调节误差也保持在5%以内。

王成云[2](2021)在《多相流频差法流量测量技术研究》文中提出流量作为智能分层采油系统中的一个核心测量参数直接影响分层采油的调配效果,对调整油气开采策略和优化生产工艺具有重要意义。根据井下多相流的特点,结合多普勒测量技术优势,研究多相流频差法流量检测技术,可为智能分层采油工艺提供实时准确的流量信息。本文以超声波传播衰减理论为基础,研究超声波工作频率与传播衰减关系;通过仿真分析超声波遇到流体中不同尺寸、浓度、位置和材料的悬浮粒子对散射声场以及回波接收信号振幅的影响情况,为超声波工作频率选取提供参考;根据多普勒原理对不同传感器布局方式进行推导,并分析各传感器布局方式的优缺点。因此要获取实时准确有效的多相流体流量信息,需要根据不同的测量环境,选取合适的超声波传感器工作频率和布局方式。由于超声波在传播过程中受外界环境影响,会对回波接收信号造成干扰,从而影响多相流频差法流量测量精度。文中对超声波工作频率、传感器布局、多相流体特性和环境温度等因素进行了分析。其中多相流的流速、密度和粘度等特性与管道流体湍流强度变化有关,而环境温度影响硬件电路性能和超声波传播速度。由于不同工作环境各因素影响权重也有所差别文中对关键影响因素进行补偿校正,以提高测量系统的稳定性、适用性和可靠性。搭建了室内模拟试验平台,测试了多相流频差法流量测量系统的性能。对硬件电路做了温度试验,确保在125℃时能正常工作;对装有超声波测量系统的仪器进行了125℃、45MPa的温度及压力试验,检测仪器可靠性与稳定性;利用多相流室内模拟循环装置对超声波流量测量系统性能进行测试。通过分析测试数据可得出,该测量系统多次测试数据重复性好,且测量相对误差在%15以内。对多相流频差法流量测量系统进行补偿校正后流量测量的相对误差提高了2%~%0。

薛朝霞[3](2021)在《基于FPGA的时差法气液两相流流量测量》文中研究说明气液两相流是油气井生产过程中常见的流动形式之一,由于气体的可压缩性和气液界面的可变性,气液两相流流量测量一直是一个难点。对气液两相流流量的准确测量是评价油气井产能好坏的重要依据。基于时差法设计的超声波流量计因具有测量范围宽、抗干扰能力强、测量准确等特点被广泛应用于气液两相流流量测量。时差法超声波流量计是通过测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差来测量流量的,目前时差法超声波流量计因传播时间差的计算精度不高,导致测量误差较大。因此为了提高气液两相流流量测量的精度,设计了一个基于FPGA内部高速计数器数字电路的时差法超声波流量测量系统。本文首先针对超声波气液两相流流量检测模型中的关键因素,利用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了对应的仿真模型,分析了超声波在不同流速、不同管径、超声波换能器的不同发射频率和安装角度以及不同气相比中的传播特性,仿真结果为超声波换能器的选型和安装方式提供了理论依据;设计了基于FPGA的超声波时差法气液两相流流量测量系统的硬件电路和软件程序,硬件电路主要包括由换能器驱动电路、开关切换电路、接收信号调理电路、电压比较电路组成的时间差检测电路、电源电路以及主控电路几部分。最后开展了室内模拟实验,通过调整泵的档位来调节流体流速的变化,分析在不同气液比下流体流量的大小,以验证本文设计的时间差测量方法的可靠性。实验结果表明:随着气相比例的增加,流量测量的相对误差在不断的减小,但是整体测量误差较大;通过对流量测量精度影响因素的分析,给出了流量修正公式,利用MATLAB对测量结果进行了误差补偿。对比误差校正效果,校正后流量测量的相对误差低于8%。

朱义德[4](2021)在《超声波流量测量技术及精度补偿方法研究》文中研究指明与传统的流量测量方法相比,超声波流量测量技术具有几乎无压损、无阻流部件、非接触式、高精度、测量范围广等优点,广泛应用于石油传输、流量跟踪、用水计费等领域。国外对超声波流量测量技术研究较早,相关产品基本可以满足工业生产的要求,但价格十分昂贵。在这个领域,我国起步较晚,技术累积不足,产品性能也难以达到市场需求。针对这一实际问题,对超声波流量测量技术展开深层次研究,具有重要的研究意义和实用价值。具体研究内容主要包括以下几个方面:首先,通过查阅相关文献资料,给出了超声波流量测量系统的总体设计思路,对常见的超声波流量测量原理展开理论分析,并对超声波传感器结构原理及其安装方式进行了分析比对。最终选定时差法作为测量原理并在算法层次对时差法进行了优化,降低了声速对测量结果的影响。在此基础上,结合超声波回波特性和互相关算法原理,利用FPGA的逻辑特性,设计半并行结构实现互相关算法,提高了超声波渡越时间的测量精度,并进行了应用验证。其次,对超声波流量测量系统总体进行了设计,采用STM32单片机与FPGA相结合的方式设计了流量测量系统的控制核心。其中,STM32单片机负责数据的采集与处理、信息的显示和输出,其硬件平台构建了测量系统的软件系统,FPGA负责逻辑控制以及为硬件电路提供驱动信号,二者相辅相成。TDC-GP22高精度计时芯片与互相关算法模块相结合,共同完成上下游时间的测量。最后,对所设计的超声波流量测量系统进行了测试验证,搭建了实验检测系统,分别进行了静态流速测量、超声波传感器安装位置偏移误差、层流流速区以及湍流流速区的流量测量等实验。将设计样机的检测数据与参考流量计测量数据进行综合分析。实验结果表明,设计样机在层流区域的相对误差低于3.68%,湍流区域的相对误差小于0.66%。

张铁煜[5](2021)在《复杂介质的超声波流量测量方法研究》文中研究表明在油气田实际生产作业中,固液两相流、气液两相流及油气水三相流介质经常出现在开采、管道运输的方方面面;在大型火力发电厂实际生产作业中,大口径衬胶管道也是随处可见的。由于多相流介质的流型、流态过于复杂,以现如今的技术尚不能对含多种复杂介质的管道进行混合流量测量。因此如何在不进行各相分离前提下,精准测量多种复杂介质下的管道流量,为安全生产、提高生产效率提供保障,是目前流量计重点研究方向。本论文以测量复杂介质下管道内复合流量为目的,采用超声波时差法,对大口径衬胶管道、气液两相流等复杂介质做了系统分析与计算后,设计了一款超声波流量测量系统。整套系统包括针对不同介质流体特性而设计的不同规格超声波发射电路、超声波换能器模块、基于时差法的高精度流量测量硬件电路、以硬件电路为核心的软件系统和上位机程序。在完成系统的整体设计后,对系统硬件电路和软件分别进行了性能调试,并建立了试验系统,开展了联合调试。调试好的系统在生产现场进行了性能检测和试验,并对试验数据进行了详细的分析和处理。试验结果表明,设计的超声波流量测量系统能够有效完成多种复杂介质下的流量测量,同时能够适应井下高温高压的环境,对实际工业生产中复杂多相流流量计量工作有着很大的帮助。

邓璐[6](2021)在《超声波频差法小管径流量测量研究》文中进行了进一步梳理在石油的收采过程中,小管径的流量测量也是提高收采率的重要部分,因此井下小管径的流量测量将作为重点研究方向。测量系统需考虑井下复杂的工况以及被测流体的成分。针对小管径流量测量问题,以超声波频差法井下流量测量系统为研究对象,开展了超声波流量检测方法、超声波特点和分类以及传输特性、超声波换能器、流体特性分析、井下硬件电路、软件开发等工作。根据井下的复杂工况和流体分布特性,从理论上进行了相关的分析研究,采用ANSYS软件对不同管径尺寸下混合流体的流速分布规律以及不同含固率的混合流体中固液两相体积分布规律进行了模拟仿真,为流量的准确测量提供了技术依据。同时依据测量方法和管径尺寸确定了换能器的基本参数和安装方式。根据井下的复杂工况选择与之契合的电子器件,研制了相关的硬件电路,同时针对超声波回波信号的处理方法,本文基于计算量及测量精度方面的综合考量,采用了Zoom FFT算法并应用于实际信号处理中。设计了一套基于超声波频差法的小管径流量测量系统,硬件系统包括信号产生及放大电路、信号解调电路等,软件系统包括信号发射模块、AD采集模块、信号处理模块以及上位机模块等。对以上各部件组合后形成了比较完整的测量系统,开展了相关的模拟试验,证实了所述系统的有效性。最后,在螺杆泵不同档位和不同含固率的混合流体对小管径流量测量系统进行了试验。试验结果表明本系统正常工作,可以为井下小管径流量测量提供理论指导,结合实际生产,可应用于井下的流量测量。

龚静宜[7](2021)在《大口径衬胶管道流量测量技术研究》文中研究表明现有的流量测量针对的多是小口径管道,但因火力发电厂发电量大,电力需求的增加导致燃煤发电增加,从而增加了二氧化硫的排放量,脱硫塔浆液管道大多都为大口径管道,所以通过大口径管道的流量测量对浆液循环泵的效率进行评定研究,对整治火电厂污染物清洁问题具有重大意义。由于管道内部的酸性流体含固量高,内壁有多层具有电气绝缘性的衬胶,管道口径大,加大了测量难度。本文采用了发射高能量超声波的方法对浆液循环泵管道流量进行测量,解决了管道口径大,超声波在多层介质中衰减严重的测量问题。本文针对管道流体的复杂性,对管道内流体特性的分析,应用CFD方法对管道的入口长度与流体流速分布的关系、不同管径下流体颗粒流速的分布情况进行了仿真,为后续流量测量提供依据,对管道内流体流速进行了准确描述。仿真结果表明随着管径的增大,固相颗粒停留时间随着管道流体方向逐渐增长,尤其是在管道底部更为明显。管道内流体流速在不同位置截面的分布是不同的,在管道出口处管壁附近的流速分布分层现象更加明显。为了应对火电厂恶劣的测量环境,通过对超声波在异质界面的折射透射进行分析计算,对超声波传感器参数指标进行了优化设计。根据超声波换能器与电路、被测介质的相互关系,对超声波换能器进行了电匹配和声匹配,使换能器的频带变宽,从而提高灵敏度减小插入损耗,在噪声不变的情况下,提高信噪比。据管道物性以及衬胶特性,确定了传感器安装角度以及水平距离,提高了测量的准确性。考虑到超声波传播在多种介质中的衰减,研制了一种超声波高压发生系统,通过发射1300V的高压脉冲以提高超声波能量,增强超声波对介质的穿透性,并优化了接收电路,增强了测量系统的可靠性。本文还对火电厂相应的一系列噪声进行了分析,采用了屏蔽和接地的方式进行了噪声处理。最后对整个测量系统在搭建的实验平台上进行性能测试,经测试整个测量系统工作正常。将研制的样机在张家口的火力发电厂浆液循环泵管道上对浆液的注入量进行测量,测试结果表明:整个测量系统对浆液的测量误差值在3%~6%之间,符合技术要求。

刘爱琦[8](2021)在《天然气流量测量与泄漏检测技术研究》文中研究说明随着管道天然气的不断普及,对管道天然气流速进行实时,高精度测量的需求越来越迫切。超声波测量凭借其对气流影响最小的优点避免了传统测量手段的不足,并随着传感器,芯片性能的提高使其应用范围得到进一步推广。本文利用时差法原理设计制作超声波气体流量检测系统,采用MAX35104芯片提高流量测量中时数转换的精度。本文先分析了近年来出现的超声波气体流量计的原理、研究方法和相关进展,测量原理重点分析了时差法,介绍了在时差法公式推导中解决声速和电路延迟的方法,目的是将电路和声速的影响降到最低。介绍超声换能器的原理、安装并在此基础上完成选型工作。考虑到现实中的管道流场并非理想流场,利用solidworks以及ansys软件对三维T型管,U型管建模网格划分,仿真分析其对管道天然气流场的影响,并利用流体仿真得到的数据在matlab上拟合出误差补偿函数进行校正。确定了气体流量测量系统硬件设计。选择STM32F103作为控制核心,可以提供测定流速,存储数据等功能。以MAX35104为时间测量核心,提供收发超声波脉冲,传播时间测量等功能。设计编写气体流量测量系统软件选择在MDK平台上进行,并通过流程图介绍软件(主程序和中断程序)。针对获得的管道燃气泄漏数据集,在matlab平台上使用GA-ELM算法分析实时泄漏流量,通过与不同优化算法的对比证实了GA-ELM算法的分析预测精度是可靠的。最后制作出超声波管道天然气流量计的原型机,设计通过实验验证来流量计的测量功能,确定了原型机的测量精度,验证了方案的正确性,并根据实验中的不足提出了流量计的完善方向。

张天[9](2020)在《基于GPS同步的多声道超声波明渠流量测量方法的研究》文中研究指明由于超声波流量计具有结构简单、非接触测量和易于实现集成化等特点,使其在工农业生产、医疗检测及环境监控等领域,涉及到气体或液体的量化与计量方面有着巨大的应用价值和广泛的应用前景。本文针对明渠流量这一特殊的测量对象,设计了一种基于GPS同步的多声道超声波明渠流量测系统进行无线化流量计量。测量系统以时差法为基本测量原理,针对一般的明渠流量计声道数少,线缆长的缺点,提出了一种结合GPS高精度秒冲同步控制多声道与使用基于LoRa协议的无线串口模块实现无线化的流量测量方法。设计了移动正弦拟合算法对超声波传感信号进行直接数字处理,准确获取渡越时间。给出了流量测量系统所必须的软硬件设计。本文的主要研究内容如下:首先,详细介绍了多声道超声波流量计的测量原理以及时差法测流速的相关公式推导,提出了基于GPS秒脉冲同步的多声道超声波明渠流量测系统的总体方案设计。第二,设计了流量测量系统的硬件电路,主要包括STM32单片机的选型和功能介绍、超声发射电路、超声接收电路、声道切换电路、稳压电路、外设模块电路的设计以及系统所涉及的各芯片进行选型。第三,将整体测量系统分为上位机与下位机两部分,上位机负责显示测量数据,发送通讯指令等功能。下位机则根据取余法配合声道切换电路以解决多声道流量测量时,声道切换难以同步的问题。设计了相关系统通讯指令的发送格式,使上位机与下位机之间的通讯更加协调,保证下位机根据发送指令中的相关命令号准确与快速地执行相关功能。流量的大小则通过移动正弦拟合算法计算渡越时间差以获取,在满足信号实时处理要求的条件下,提高了系统的测量精度。最后,对测量系统进行了实验测试,调试完各模块后,通过标定试验确定了渡越时间与绝对特征点的采样顺序值之间关系式的参数,为后续测量确定实验基本参数。增加单声道超声流量测量实验作为比对实验,多声道测量相较于单声道测量的测量精度提高了76.47%,且多声道测量系统测量的测量精度为0.324m3/h。证明了多声道测量系统能够显着地减小测量误差。最后给出了一些减小测量误差的相关方法。

顾雨晴[10](2020)在《超声波频差法在注水井分层流量测量中的应用研究》文中提出随着油田开发技术的发展,分层注水技术因其可以恢复油井压力、提高油田采收率而广泛应用于各大油田。而对注水量的精确计量可以有效提高分层注水的效率,但井下温度及压力等环境因素会对注水量的测量产生影响。因此在分层注水的过程中,补偿环境因素对测量结果的影响以及提高对注水量的测量精度尤为重要。本文的研究工作主要包括以下几方面:传统频差测量法将超声波在流体内传播的声速作为常量看待,忽略了因环境因素而造成的流量测量误差。针对上述缺陷,将超声波声速作为变量看待,分析了各类环境因素对声速的影响及其对超声波回波信号及注水量测量结果的影响。通过MATLAB对典型数据进行了曲面拟合,建立了超声波频差法注水量误差补偿数学模型。基于频差法提出了一种考虑地层温度和井下压力综合影响的注水量误差校正方法。误差分析表明,拟合曲面与数据高度相关,整体趋势一致,拟合效果良好。针对超声波回波信号的处理方法,本文对比了Zoomfft算法及CZT算法等。从计算量及精度方面进行了比较,最终采用了Zoomfft算法并应用于实际信号处理中。设计了一套基于频差法的注水量测量系统,硬件系统包括发射信号产生及放大电路、回波信号处理电路等,软件系统包括信号发射模块、AD采集模块、信号处理模块等。最后,在不同温度和压力下对注水量测量系统进行了试验。试验结果表明本系统稳定性较好,能够对注水量进行有效测量。分析对比使用数学模型进行补偿前后的结果,在满足注水量测量的基础上,使用本文提出的数学模型对结果进行补偿可以有效减弱环境因素对测量结果的影响,有效提高了系统测量精度。

二、超声波流量测量系统的关键技术研究与实现(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、超声波流量测量系统的关键技术研究与实现(论文提纲范文)

(1)分层采油流量调节与控制方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 分层采油流量测量与调节系统的研究现状
        1.2.1 分层采油流量调节系统研究现状
        1.2.2 分层采油流量测量系统研究现状
    1.3 分层配产流量控制体制的选择
    1.4 本文主要研究内容
第二章 分层采油流量测量与控制方法分析
    2.1 基于超声波的分层采油流量测量方法分析
    2.2 分层采油流量测量的影响因素分析
        2.2.1 井筒温度对超声波油水两相流流量测量的影响分析
        2.2.2 传感器频率对井下流量测量精度的影响
    2.3 分层采油流量控制方法分析
        2.3.1 分层采油流量控制方法的选取
        2.3.2 分层采油控制电机PID模型的建立
    2.4 本章小结
第三章 分层采油流量测量与调节系统设计
    3.1 分层采油流量调节与控制系统设计原理
        3.1.1 分层采油流量测量系统设计
        3.1.2 分层采油流量调节模块的设计
    3.2 流量调节阀结构设计
    3.3 分层采油配水器的研究
    3.4 流量调节阀水嘴的选择
    3.5 本章小结
第四章 分层采油流量调节与控制系统试验设计与结果分析
    4.1 系统调试
    4.2 室内试验
        4.2.1 试验条件
        4.2.2 室内试验流程
        4.2.3 室内试验测量结果分析
    4.3 分层采油硬件电路温度试验
    4.4 分层采油系统温度压力试验
    4.5 分层采油流量调节控制试验
        4.5.1 流量调节阀调节试验
        4.5.2 分层采油流量控制试验
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文完成的主要工作
    5.2 创新点
    5.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(2)多相流频差法流量测量技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究目的及意义
    1.2 国内外多相流频差法流量测量技术研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 多相流频差法流量测量技术研究及误差分析
    2.1 超声波频差法流量测量原理
    2.2 频差法流量测量结果的影响因素分析
        2.2.1 超声波工作频率对流量测量结果的影响分析
        2.2.2 超声波传感器布局对流量测量结果的影响分析
        2.2.3 多相流体特性对流量测量结果的影响分析
        2.2.4 环境温度对流量测量结果的影响分析
    2.3 本章小结
第三章 多相流频差法流量测量电路的优化设计与调试
    3.1 多相流频差法流量测量系统总体方案设计
    3.2 信号产生电路的优化设计
        3.2.1 信号产生电路分析
        3.2.2 信号产生电路优化设计
    3.3 传感器驱动电路的优化设计
        3.3.1 驱动电路分析
        3.3.2 驱动电路优化设计
    3.4 带通滤波电路的优化设计
        3.4.1 带通滤波电路分析
        3.4.2 带通滤波电路优化设计
    3.5 混频电路的优化设计
        3.5.1 混频电路分析
        3.5.2 混频电路优化设计
    3.6 低通滤波电路的优化设计
        3.6.1 低通滤波电路分析
        3.6.2 低通滤波电路优化设计
    3.7 本章小结
第四章 多相流频差法流量测量系统试验与数据分析
    4.1 多相流频差法流量测量系统温度压力试验
        4.1.1 室内温度压力试验环境
        4.1.2 试验流程及数据分析
    4.2 多相流频差法流量测量系统流量测试分析
        4.2.1 多相流测试循环装置
        4.2.2 测试条件与流程
        4.2.3 多相流频差法流量测量系统流量测试及误差分析
    4.3 多相流频差法流量测量系统误差补偿及分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文完成的主要工作
    5.2 创新点
    5.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(3)基于FPGA的时差法气液两相流流量测量(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 超声波流量计国内外研究现状
        1.2.1 国外超声波流量计研究现状
        1.2.2 国内超声波流量计研究现状
    1.3 本文的研究内容
第二章 时差法气液两相流流量测量理论分析与研究
    2.1 超声波流量测量原理
    2.2 典型参数对气液两相流流量测量精度的影响分析
        2.2.1 仿真模型的建立
        2.2.2 流速对超声波信号强度的影响分析
        2.2.3 管径对超声波信号强度的影响分析
        2.2.4 发射信号频率对超声波信号强度的影响分析
        2.2.5 超声波换能器安装角度对超声波信号强度的影响分析
        2.2.6 气相比对超声波信号强度的影响分析
    2.3 流量校正方法分析
    2.4 本章小结
第三章 气液两相流流量测量系统设计
    3.1 超声波流量计系统方案设计
    3.2 气液两相流流量测量系统硬件电路的设计
        3.2.1 换能器驱动电路的设计
        3.2.2 开关切换电路的设计
        3.2.3 接收信号调理电路的设计
        3.2.4 电压比较电路的设计
        3.2.5 通信模块的设计
        3.2.6 按键模块的设计
        3.2.7 显示模块的设计
        3.2.8 电源电路的设计
    3.3 气液两相流流量系统软件设计
        3.3.1 FPGA的设计流程
        3.3.2 主程序流程图设计
        3.3.3 时间差测量流程图设计
        3.3.4 流量测量流程图设计
        3.3.5 显示模块流程图设计
        3.3.6 FPGA和 MSP430 之间的通信方式
    3.4 本章小结
第四章 气液两相流流量系统的测试与实验结果分析
    4.1 气液两相流流量测量系统的测试
        4.1.1 换能器驱动电路测试
        4.1.2 开关切换电路测试
        4.1.3 回波信号处理电路测试
    4.2 激励信号脉冲个数测试
    4.3 气液两相流流量测量实验与误差校准
        4.3.1 实验平台的构建
        4.3.2 实验结果分析与误差校正
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(4)超声波流量测量技术及精度补偿方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 流量计概述
    1.3 超声波流量测量研究现状
        1.3.1 国外的研究概况
        1.3.2 国内的研究概况
    1.4 研究内容和论文结构
2 超声波流量测量系统设计方案
    2.1 设计思路
    2.2 超声波流量测量原理
        2.2.1 相位差法
        2.2.2 多普勒法
        2.2.3 波束偏移法
        2.2.4 时差法
    2.3 优化时差算法
    2.4 超声波传感器原理及安装方式
        2.4.1 超声波传感器原理
        2.4.2 超声波传感器的安装方式
    2.5 本章小结
3 互相关算法及其结构设计
    3.1 互相关原理
    3.2 插值原理
    3.3 算法结构设计
        3.3.1 互相关半并行结构
        3.3.2 乘加节控制仿真
    3.4 算法应用验证
    3.5 本章小结
4 超声波流量测量系统总体设计
    4.1 超声波流量测量系统硬件设计
        4.1.1 控制模块
        4.1.2 传感器驱动模块
        4.1.3 信号调理模块
        4.1.4 数据处理模块
        4.1.5 计时模块
        4.1.6 电源模块
    4.2 印刷电路板设计
    4.3 超声波流量测量系统软件设计
    4.4 本章小结
5 实验检测与数据分析
    5.1 检测系统简介
    5.2 流量测量实验与数据分析
        5.2.1 静态流量检测实验及结果分析
        5.2.2 超声波传感器安装位置偏移误差实验及结果分析
        5.2.3 不同流体状态流量测量实验及结果分析
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 课题总结
    6.2 课题不足与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢

(5)复杂介质的超声波流量测量方法研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 研究目的
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 分离法多相流量计
        1.3.2 相关测量法
        1.3.3 分流分相法
    1.4 研究内容
    1.5 论文结构
第二章 多种复杂介质下超声波流量测量方法分析
    2.1 常用超声波流量测量方法
        2.1.1 多普勒频差法
        2.1.2 互相关检测法
        2.1.3 波速偏移法
        2.1.4 时差法
    2.2 超声波信号的衰减分析
        2.2.1 超声波信号衰减因素
        2.2.2 衰减系数和衰减方程
    2.3 大口径衬胶管道环境下超声波流量测量方法研究
        2.3.1 固体管道介质对超声波声速的影响
        2.3.2 异质界面对超声波穿透的影响
    2.4 固液混合两相流介质下流型分析与流量测量方法研究
        2.4.1 固液两相流介质特点分析
        2.4.2 固液两相流流型对超声波流量测量的影响
    2.5 气液混合介质下流型分析与流量测量方法研究
        2.5.1 气液两相流介质下的流型分析
        2.5.2 气液两相流介质下流型判别方法研究
    2.6 含高黏度的油气水三相流超声波流量测量方法研究
    2.7 本章小结
第三章 多样化发射电路设计及超声波换能器的选型
    3.1 高压高频脉冲发射电路设计
        3.1.1 SE555 振荡器设计
        3.1.2 倍压整流模块设计
        3.1.3 高压脉冲产生模块设计
        3.1.4 高压脉冲发射电路输出响应分析
        3.1.5 限幅桥电路设计
    3.2 针对气液两相流及油气水三相流介质下超声波发射电路设计
    3.3 超声波换能器的工作原理及选型
        3.3.1 超声波换能器的工作原理
        3.3.2 超声波换能器的种类和结构
        3.3.3 超声波换能器的选型
    3.4 本章小结
第四章 系统接收电路及软件设计
    4.1 电源模块设计
    4.2 回波信号放大整型模块设计
    4.3 时差测定模块设计
    4.4 日历模块设计
    4.5 传输模块设计
    4.6 系统软件设计
        4.6.1 系统软件开发
        4.6.2 上位机系统开发
第五章 系统实验测试
    5.1 实验系统与实验方法验证
        5.1.1 大口径碳钢多层胶结衬胶管道流量测量
        5.1.2 固液混合介质下流量测量
        5.1.3 气液两相流介质及油气水三相流介质下流量测量
    5.2 实验结果分析与小结
第六章 总结
    6.1 本文完成的工作
    6.2 本文主要创新设计点
    6.3 存在的不足
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(6)超声波频差法小管径流量测量研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外现状以及发展趋势
        1.2.1 国外发展现状
        1.2.2 国内发展现状
    1.3 超声波流量计的分类和特点
        1.3.1 超声波流量计的分类
        1.3.2 超声波流量计的特点
        1.3.3 多普勒法流量测量的特点
    1.4 本文的主要内容及结构
第二章 超声波测量方法及理论模型分析
    2.1 超声波的测量方法
        2.1.1 时间差法
        2.1.2 相位差法
        2.1.3 波束偏移法
        2.1.4 噪声法与相关法
        2.1.5 多普勒法
    2.2 超声波的特点
    2.3 超声波的分类
        2.3.1 以介质质点的振动为依据
        2.3.2 依据波形分类
        2.3.3 以波源振动的时间为依据
    2.4 传输介质引起的超声波信号散射和衰减
        2.4.1 扩散衰减
        2.4.2 吸收衰减
        2.4.3 散射衰减
    2.5 超声波换能器的工作原理以及参数选择
        2.5.1 超声波换能器的工作原理
        2.5.2 超声波的参数选择与安装方式
    2.6 本章小结
第三章 固液两相流测量技术研究
    3.1 固液两相流流场数值模拟分析
        3.1.1 建立模型
        3.1.2 问题描述
        3.1.3 两相流模型选择
        3.1.4 网格划分
        3.1.5 模型建立及计算设置
    3.2 不同管径尺寸流体的流速分布规律
    3.3 不同管径尺寸对固液各相体积分布的影响
    3.4 本章总结
第四章 小管径流量测量系统硬件电路设计
    4.1 小管径流量测量系统总体设计方案
    4.2 信号发射电路设计
        4.2.1 信号发生电路
        4.2.2 信号放大电路
    4.3 信号解调电路
    4.4 数字电路设计
        4.4.1 数据通信电路
        4.4.2 存储电路
        4.4.3 实时时钟日历模块
    4.5 本章小结
第五章 小管径流量测量系统软件设计
    5.1 芯片以及开发环境介绍
    5.2 测量系统软件总体设计
    5.3 信号发射模块程序设计
    5.4 AD采集子程序设计
    5.5 超声波频差信号计算方法
    5.6 上位机软件设计
    5.7 本章小结
第六章 系统测试
    6.1 试验平台的搭建
    6.2 实验流程
    6.3 实验数据与分析
    6.4 本章小结
第七章 全文总结
    7.1 完成的工作
    7.2 主要创新点
    7.3 对后续工作的建议
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(7)大口径衬胶管道流量测量技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 火力发电厂流量测量研究现状
        1.2.2 大口径管道流量测量研究现状
        1.2.3 衬胶声学特性研究现状
        1.2.4 固液两相流流量测量研究现状
        1.2.5 超声波流量测量研究现状
    1.3 本文主要研究内容及结构
    1.4 本章小结
第二章 超声波流量测量的环境适应性研究
    2.1 火电厂大口径管道超声波流量测量方法的选择
        2.1.1 时间差法
        2.1.2 相关法
        2.1.3 波束偏移法
        2.1.4 多普勒法
    2.2 超声波流量测量原理适用性
    2.3 液固两相流的理论基础
        2.3.1 液固两相混合物的分类
        2.3.2 固相颗粒的群体特性
        2.3.3 液固两相流体层流湍流判断
    2.4 火电厂大口径管道两相流流场分析
        2.4.1 不同管径对流体浓度流速的影响
        2.4.2 液固流体的管道入口段长度研究
    2.5 管壁衬胶的介质特性
    2.6 本章小结
第三章 超声波换能器及其对被测介质的匹配关系研究
    3.1 超声波换能器参数与性能指标的选定
    3.2 温度特性测试
    3.3 声波的衰减特性
    3.4 声波的折射与透射
        3.4.1 超声波入射到异质界面时的折射效应
        3.4.2 超声波在平面异质界面的声压透射
    3.5 声楔的选型
    3.6 超声波换能器的灵敏度及信噪比
        3.6.1 超声波换能器的阻抗匹配
        3.6.2 超声波换能器的声阻抗匹配
    3.7 本章小结
第四章 超声波传感器及其测量装置研究
    4.1 超声波传感器的安装方式和安装角度
    4.2 硬件系统整体设计方案
    4.3 超声波高压发射电路设计
        4.3.1 555 定时器模块
        4.3.2 倍压整流电路模块
        4.3.3 脉冲放大升压模块
        4.3.4 运放电路
    4.4 流量测量系统硬件电路设计
        4.4.1 电源模块
        4.4.2 TDC测量模块
        4.4.3 回波信号放大整形模块
        4.4.4 RS485 通信模块
        4.4.5 时钟模块
    4.5 系统软件设计
    4.6 本章小结
第五章 分析环境噪声对流量测量的影响及其消除方法
    5.1 干扰噪声源的分析
    5.2 抑制干扰源的途径
    5.3 屏蔽
        5.3.1 屏蔽层的吸收损耗
        5.3.2 屏蔽层的反射损耗
        5.3.3 屏蔽效果分析
    5.4 接地
    5.5 本章小结
第六章 系统试验及结果分析
    6.1 试验环境
    6.2 实验流程
    6.3 试验结果
    6.4 实验误差分析
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 主要完成的工作
    7.2 创新点
    7.3 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

(8)天然气流量测量与泄漏检测技术研究(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 超声波气体流量计介绍
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 超声波气体流量检测技术研究现状
        1.3.2 流量计测量流场研究
    1.4 课题研究内容和论文框架
        1.4.1 课题研究目标
        1.4.2 论文框架
2 超声波气体流量计测量原理研究
    2.1 时差法测量原理介绍
        2.1.1 时差法测量公式推导
        2.1.2 时差法流量计算方程
    2.2 时间测量介绍
        2.2.1 模拟测量法
        2.2.2 数字测量法
        2.2.3 过零检测法
    2.3 超声波换能器选型安装
        2.3.1 超声波的性质
        2.3.2 超声波换能器的工作原理
        2.3.3 超声波换能器的选择
        2.3.4 换能器的安装模式
    2.4 本章小结
3 管道流场仿真及误差补偿研究
    3.1 理想流场流速分布
        3.1.1 层流流速分布
        3.1.2 紊流流速分布
    3.2 流场仿真参数
    3.3 空间T型管流场的流场分布
        3.3.1 计算几何模型
        3.3.2 求解条件
        3.3.3 仿真结果分析
    3.4 空间U型管流场的流场分布
        3.4.1 计算几何模型
        3.4.2 求解条件
        3.4.3 仿真结果分析
    3.5 误差补偿函数
    3.6 本章小结
4 测量系统硬件设计
    4.1 硬件总体设计
        4.1.1 系统硬件架构
        4.1.2 系统工作过程
    4.2 时间测量电路
        4.2.1 时间测量芯片MAX35104
        4.2.2 MAX35104 的时间测量原理
        4.2.3 早期边沿检测的原理
        4.2.4 MAX35104 的最小系统
    4.3 超声波收发电路
        4.3.1 超声波发射电路
        4.3.2 超声波接收电路
    4.4 控制系统电路
        4.4.1 STM32F103芯片
        4.4.2 STM32最小系统
        4.4.3 测试电路
        4.4.4 STM32与MAX35104通信电路
    4.5 电源电路
        4.5.1 稳压电路
        4.5.2 电量检测电路
    4.6 外围电路
        4.6.1 显示电路
        4.6.2 按键电路
        4.6.3 数据存储电路
        4.6.4 串口通信电路
    4.7 电路抗干扰措施
    4.8 本章小结
5 测量系统软件设计
    5.1 软件开发环境
    5.2 软件总体设计
    5.3 主程序设计
        5.3.1 系统初始化
        5.3.2 运算模块
        5.3.3 数据存储
    5.4 中断程序设计
        5.4.1 时间测量
        5.4.2 按键显示模块
        5.4.3 通信电路
    5.5 软件抗干扰措施
    5.6 本章小结
6 泄漏预测优化算法
    6.1 算法介绍
        6.1.1 极限学习机(ELM)
        6.1.2 BP算法
        6.1.3 遗传算法(GA)
        6.1.4 粒子群算法(PSO)
        6.1.5 GA-ELM算法
    6.2 ELM与BP算法对比
    6.3.不同的优化算法对比
        6.3.1 泄漏分析算法参数设置
        6.3.2 泄漏分析算法验证标准
        6.3.3 泄漏分析算法仿真结果分析
    6.4 本章小结
7 测试与分析
    7.1 超声波气体流量计的制作
    7.2 超声波流量计标定测试标准
    7.3 标定实验平台
    7.4 样机测试
        7.4.1 零漂稳定实验
        7.4.2 动态标定测试
    7.5 标定实验误差分析
    7.6 本章小结
8 总结与展望
    8.1 研究总结
    8.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢

(9)基于GPS同步的多声道超声波明渠流量测量方法的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 选题依据及背景
    1.2 课题研究的目的及意义
    1.3 超声流量计的国内外研究现状
    1.4 论文的主要研究内容与章节安排
第2章 多声道超声波明渠流量测量方法研究
    2.1 多声道时差法测流量的测量原理
    2.2 主要器件选型
        2.2.1 超声换能器
        2.2.2 GPS模块
        2.2.3 无线串口模块
    2.3 测量系统原理及总体方案设计
        2.3.1 测量系统原理
        2.3.2 测量系统总体方案设计
    2.4 本章小结
第3章 测量系统的硬件电路设计
    3.1 系统硬件整体框架
    3.2 主控芯片的选型与简介
    3.3 超声发射电路的设计
    3.4 超声接收电路的设计
    3.5 声道切换电路的设计
    3.6 稳压电路的设计
    3.7 外设模块电路的设计
    3.8 本章小结
第4章 测量系统的软件设计
    4.1 整体测量流程主程序设计
        4.1.1 单片机系统C的主程序设计
        4.1.2 激励信号的产生
        4.1.3 采集模块的配置
        4.1.4 单片机系统A、B的主程序设计
    4.2 系统通讯指令的设计
    4.3 上位机设计
        4.3.1 上位机的开发环境
        4.3.2 上位机的界面设计与功能说明
    4.4 根据绝对特征点获取渡越时间的移动正弦拟合算法
        4.4.1 渡越时间与绝对特征点的关系
        4.4.2 移动正弦拟合算法提取绝对特征点的过程
    4.5 本章小结
第5章 测量系统的实验测试与分析
    5.1 实验装置与实验环境
    5.2 实验调试
        5.2.1 发射电路与接收电路调试
        5.2.2 移动正弦拟合算法标定实验
        5.2.3 单声道测量系统改造
    5.3 实验结果分析
    5.4 减小系统测量误差的方法
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录
    附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果
    附录2 单片机系统原理图与PCB图
    附录3 实验相关图片

(10)超声波频差法在注水井分层流量测量中的应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 研究目的
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文的主要内容及结构
第二章 基于超声波频差法的注水量测量原理及误差分析
    2.1 基于超声波频差法的注水量测量原理分析
    2.2 超声波信号在注水井中的传输特性分析
        2.2.1 井下温度对超声波回波信号的影响
        2.2.2 井下压力对超声波回波信号的影响
        2.2.3 超声波探头安装方法对超声波传输的影响
        2.2.4 注入水的特性对超声波衰减的影响
    2.3 注水量误差校正方法
    2.4 本章小结
第三章 注水井管道流量超声波频差回波信号处理方法
    3.1 超声波频差法回波信号特点
    3.2 超声波频差信号提取算法
        3.2.1 Chirp-Z变换法
        3.2.2 Zoom FFT变换
    3.3 超声波回波信号频谱分析
    3.4 超声波回波信号频谱细化方法
        3.4.1 基于Zoom FFT的频差值求取
        3.4.2 基于Chirp-Z的频差值求取
        3.4.3 结果分析
    3.5 本章小结
第四章 注水量测量系统硬件电路模块设计
    4.1 注水井管道流量测量系统总体设计方案
    4.2 发射信号产生及放大电路设计
        4.2.1 信号产生电路设计
        4.2.2 发射信号放大电路设计
        4.2.3 传感器驱动电路设计
    4.3 回波信号处理电路设计
        4.3.1 回波信号低噪声放大电路设计
        4.3.2 带通滤波器电路设计
        4.3.3 混频电路设计
        4.3.4 低通滤波器电路设计
    4.4 本章小结
第五章 注水量测量系统软件设计
    5.1 STM32F103C8T6 芯片及其开发环境
    5.2 测量系统软件总体设计
        5.2.1 信号发射模块程序设计
        5.2.2 AD采集子程序设计
    5.3 频差的计算方法
    5.4 本章小结
第六章 注水量测量系统试验与分析
    6.1 实验环境搭建与系统试验设计
        6.1.1 室内实验环境搭建
        6.1.2 系统实验设计
        6.1.3 实验注意事项
    6.2 测量结果补偿算法效果实验
        6.2.1 不同温度下的实验
        6.2.2 不同压力下的实验
    6.3 本章小结
第七章 全文总结
    7.1 完成的工作
    7.2 主要创新点
    7.3 对后续工作的建议
致谢
参考文献
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果

四、超声波流量测量系统的关键技术研究与实现(论文参考文献)

  • [1]分层采油流量调节与控制方法研究[D]. 白永鑫. 西安石油大学, 2021(09)
  • [2]多相流频差法流量测量技术研究[D]. 王成云. 西安石油大学, 2021(09)
  • [3]基于FPGA的时差法气液两相流流量测量[D]. 薛朝霞. 西安石油大学, 2021(09)
  • [4]超声波流量测量技术及精度补偿方法研究[D]. 朱义德. 中北大学, 2021(09)
  • [5]复杂介质的超声波流量测量方法研究[D]. 张铁煜. 西安石油大学, 2021(09)
  • [6]超声波频差法小管径流量测量研究[D]. 邓璐. 西安石油大学, 2021(09)
  • [7]大口径衬胶管道流量测量技术研究[D]. 龚静宜. 西安石油大学, 2021(09)
  • [8]天然气流量测量与泄漏检测技术研究[D]. 刘爱琦. 常州大学, 2021(01)
  • [9]基于GPS同步的多声道超声波明渠流量测量方法的研究[D]. 张天. 湖北工业大学, 2020(08)
  • [10]超声波频差法在注水井分层流量测量中的应用研究[D]. 顾雨晴. 西安石油大学, 2020(11)

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超声波流量测量系统关键技术的研究与实现
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